TW202141005A - 集成驅動裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種集成驅動裝置被提供。集成驅動裝置包括觸控感測電路以及光學感測電路。觸控感測電路被配置為在第一幀期間的多個觸控感測期間中執行觸控感應。光學感測電路被配置為在第一幀期間的至少一個光學感測期間執行光學感應，以獲得用於生成第一環境光資訊的光學感測信號。多個觸控感測期間和至少一個光學感測期間是不重疊的。相應地，一種集成驅動裝置的操作方法被提供。

Description

集成驅動裝置及其操作方法
本發明內容涉及一種被配置為執行屏下指紋辨識的集成驅動裝置。特別是，集成驅動裝置中的屏下指紋辨識模組也可被配置為檢測環境光。
電子裝置上的環境光感測器（Ambient Light Sensor）被用來感應周圍環境光線強度，其中電子裝置例如為手機或其他類型的手持電子裝置。以手機為例，環境光感測器通常被設置在手機的聽筒附近。手機可以依據感測到的環境光資訊去自動調節螢幕的亮度，以保持螢幕的最佳視覺效果，同時節省電力。環境光感測器也可搭配其他感應器來一同偵測手機是否被放置在口袋中，以防止誤觸情形發生。
本發明的集成驅動裝置的用以執行屏下指紋辨識的光學感測電路亦可用來蒐集環境光資訊。
本發明提出一種集成驅動裝置。集成驅動裝置包括觸控感測電路以及光學感測電路。觸控感測電路被配置為在第一幀期間中的多個觸控感測期間中執行觸控感應。光學感測電路被配置為在第一幀期間的至少一光學感測期間內執行光學感應，以獲得用於產生第一環境光資訊的光學感測信號。其中，多個觸控感測期間以及至少一光學感測期間是不重疊的。
本發明提出一種集成驅動裝置的操作方法。集成驅動裝置包括觸控感測電路以及光學感測電路。前述操作方法包括：由觸控感測電路在第一幀期間中的多個觸控感測期間中執行觸控感應；以及由光學感測電路在第一幀期間的至少一光學感測期間內執行光學感應，以獲得用於產生第一環境光資訊的光學感測信號。其中，多個觸控感測期間以及至少一光學感測期間是不重疊的。
本發明的集成驅動裝置的光學感測電路可用來執行環境光感應。如此一來，可以省略於手持電子裝置設置環境光感測器。
為了使上述內容更容易理解，下面詳細描述了伴隨圖式的幾個實施例。
在本發明中，旨在通過屏下光學感測器，並且更特別地，通過屏下光學指紋感測器（in-display fingerprint sensor）來執行環境光感測。從而，可以移除手持電子設備中的獨立環境光感測器。
圖1是顯示本發明的手持電子設備的系統的框圖。參照圖1，本發明的手持電子設備100包括觸控顯示面板110、集成驅動晶片120和應用處理器（AP）130。多個屏下光學感測器被放置在觸控顯示面板110的堆疊結構中，以形成光學感測像素陣列（未顯示）。集成驅動晶片120包括光學感測電路121和觸控顯示驅動集成（TDDI）電路122，它們是集成的。TDDI電路122包括觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222。光學感測電路121可用於指紋感測，在這種情況下，觸控顯示面板110中的光學感測像素陣列適合於指紋感測。然而，在其他實施例中，光學感測電路121和TDDI電路122也可以是獨立的晶片，本發明對此並不限制。
在指紋感測的應用方面，觸控顯示面板110中的光學感測像素陣列接收來自手指的反射光，光學感測電路121從光學感測像素陣列中讀出指紋感測信號並相應地生成數位感測資料。在本發明內容中，光學感測電路121可被配置為執行光學感應，包括指紋感測和環境光感應，指紋感測信號或環境光感測信號都被稱為光學感測信號。
在指紋感測的應用方面，由光學感測電路121產生的數位感測資料通過串列外設介面(SPI)匯流排傳輸到手持電子設備100的應用處理器130。這樣，應用處理器130可以相應地生成一或多個指紋圖像並執行指紋識別。TDDI電路122通過積體電路匯流排（I²C匯流排）向應用處理器130報告觸碰座標，並接收應用處理器130通過移動工業處理器介面（MIPI）發送的顯示資料。同時，TDDI電路122輸出一控制信號給光學感測電路121，以控制光學感測電路121讀出指紋感測信號。考慮到光學感測像素用於環境光感測，環境光感測操作與指紋感測操作基本相同，都包括重置、曝光以及讀出過程。光學感測電路121只在進行光學感應時打開，在其他時間則關閉不使用。
圖2是部分地顯示本發明的感測像素陣列的電路的示意圖。參照圖2，觸控顯示面板110中的感測像素陣列111包括多個指紋感測器FC。每個指紋感測器FC包括光敏元件PD、電容器C以及電晶體M1至M3。光敏元件PD被配置為將光信號轉換成電信號。光敏元件PD在節點N1和參考電壓Vref之間被反向偏置，電容器C也被耦合在節點N1和參考電壓Vref之間。電晶體M1由選擇信號Sel控制，前述信號使指紋感測器FC被選擇，從而使做為感應信號的輸出電壓Vout可以通過感測線讀出。電晶體M2做為源極隨耦器。電晶體M3由重置信號Rest控制，將源極隨耦器電晶體M2的柵極（即節點N1）的電壓重置到工作電壓VDD。電晶體M4做為電流源，由偏置電壓Vbias控制。當光敏元件PD被暴露在光線下時，電容器C開始放電，導致節點N1的電壓下降。通過打開電晶體M1，讀出跟隨節點N1電壓的輸出電壓Vout。
在一個實施例中，指紋感測器被嵌入到觸控顯示面板110(例如，LCD面板)中。像素資料電壓輸出和光學感測信號輸入可以共用集成驅動晶片120的引腳。集成驅動晶片120分時執行顯示驅動和光學感應，並提供開關信號以切換感測線或資料線與集成驅動晶片120之間的連接。光學感測電路121還被配置為向觸控顯示面板110上的陣列上柵極驅動器（GOA）電路提供時序控制信號（包括時鐘信號、啟動脈衝信號等）以生成感測像素陣列111的柵極控制信號。在指紋感測方面，光學感測電路121被配置為向觸控顯示面板110上的GOA電路輸出多個啟動脈衝信號，而GOA電路被配置為就感測像素陣列111的多個感測區的每個感測區的多個指紋感測像素列產生多個重置信號和多個選擇信號。對於每個感測區，重置信號用於依次重置感測區的指紋感測像素列，而讀出信號用於依次讀出相應感測像素的指紋感測信號。通過這種方式，可以控制指紋感測像素列來執行例如、重置、曝光以及讀出程序。每個指紋感測像素列在重置操作完成後立即開始曝光，並在曝光完成後開始讀出操作，從而產生指紋感測信號。
圖3是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和光學感應的時序圖。在圖3中，DP表示顯示驅動處於活動狀態的顯示幀期間，TP表示觸控感應處於活動狀態的觸控幀期間，以及LP表示顯示驅動不活動（待命）且光學感應處於活動狀態的顯示幀期間。一起參考圖1和圖3，在指紋識別之前，應用處理器130可以向光學感測電路121發送喚醒指令（見細虛線101）。應用處理器130也可以向TDDI電路122發送跳幀指令（見細虛線102），使TDDI電路122進入跳幀模式。FPR_EN表示由TDDI電路122發送至光學感測電路121的信號，其作用是通知光學感測電路121在什麼時間可以執行光學感應。在信號FPR_EN處於高電壓準位的時間間隔內，顯示驅動和觸控感應被停止並處於待命狀態。在信號FPR_EN處於低電壓準位的時間間隔內，顯示驅動和觸控感應被啟動。通過檢測信號FPR_EN，光學感測電路121可以在信號FPR_EN處於高電壓準位的時間間隔內收集光學資訊，從而避免顯示驅動和觸控感應的干擾。在所需的一個或多個指紋感測期間完成後，光學感測電路121發送一個插斷要求（IRQ）信號以通知應用處理器130（見細虛線103），並返回到待命狀態。這時，應用處理器130可以向TDDI電路122發出指令，使其返回到活動狀態。
值得注意的是，跳幀模式是TDDI電路122在連續的N個活動期間執行顯示驅動和觸控感應之後進入連續的M個跳過期間的模式，其中N和M各自是正整數。在M個跳過期間中，顯示驅動和觸控感應中的至少一個被停止，而光學感應電路121可以在M個跳過期間中執行光學感應。簡單地說，在進入跳幀模式後，TDDI電路122可以首先進入N個活動期間，然後進入M個跳過期間。或者，TDDI電路122也可以先進入M個跳過期間，然後再進入N個活動期間。
在本發明中，光學感測電路121不僅可以執行指紋感測，還可以執行環境光感測（通稱為光學感測）。在本發明一實施例中，在光學感測期間，顯示驅動和觸控感測都沒有被啟動。在本發明一實施例中，在光學感測期間顯示驅動不活動，但仍執行觸控感應，並且觸控感應和光學感應在時間上是區域性的。光學感應的重置操作和讀出操作需要在光學感測期間執行，但不限於在同一光學感測期間內完成。下面將用幾個實施例來描述本發明的顯示驅動、觸控感應和光學感應（包括指紋感應和環境光感應）的細節。在以下實施例中，DP、TP和LP分別代表顯示驅動期間、觸控感應期間和光學感應期間。根據分配給感測像素陣列的不同任務，"光學感測期間"一詞可以指指紋感測期間FP或環境光感測期間LS。
圖4是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。在圖4中，SYNC1代表幀同步信號，其被配置為指示幀期間之起始，例如幀F1至F4。SYNC2代表觸控同步信號，它被配置為指示觸控感測期間。在本實施例中，當觸控同步信號SYNC2處於高電壓準位的時期對應於觸控感應期間TP，而當觸控同步信號SYNC2處於低電壓準位的時期對應於顯示驅動期間DP。TDDI電路122還被配置為產生信號FPR_EN以通知光學感測電路121可以執行環境光感測期間LS。
結合參考圖1和圖4，在開啟背光的正常顯示模式中，部分觸控感測期間做為環境光感應期間。如圖4所示，觸控感應期間TP和顯示驅動期間DP是相互配置的時間感應區。位置401至404處的期間不用於觸控感應而做為環境光感應期間LS。TDDI電路122輸出信號FPR_EN到光學感測電路121，以通知光學感測電路121在位置401至404的時段(即環境光感測期間LS)在該期間可執行環境光感測。在環境光感應期間LS，觸控感應被暫停，這可以防止對環境光感應的結果產生干擾。基於信號FPR_EN，光學感測電路121還提供關於不同感測區的啟動脈衝信號和一或多個時鐘信號給觸控顯示面板110上的GOA電路，以便GOA電路為包括重置、曝光和讀出操作的環境光感測期間產生重置信號和選擇信號。由此，可以獲得環境光資訊。此外，雖然週期401至404是可用的，但本發明中沒有限制用於環境光感測的可用期間數量。
圖5A是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。在圖5A中，環境光感應是在開啟背光的正常顯示模式中的門廊（Porch）期間P期間執行的。門廊期間P可以是前一幀期間的最後一筆資料（可以是顯示資料或觸控感應資料）結束與當前幀期間的幀同步（Vsync）脈衝之間的前門廊期間。或者，門廊期間可以是當前幀期間的幀同步（Vsync）和當前幀期間的第一筆資料（可以是顯示資料或觸控感應資料）的開始之間的後門廊期間。或者，門廊期間P可以是前門廊期間和後門廊期間的組合。類似地，TDDI電路122輸出信號FPR_EN到光學感測電路121，以通知光學感測電路121可執行環境光感測的期間(即環境光感測期間LS)。基於信號FPR_EN，光學感測電路121提供關於不同感測區的啟動脈衝信號和一或多個時鐘信號給觸控顯示面板110上的GOA電路，這樣GOA電路就會為包括重置、曝光和讀出操作的環境光感測週期產生重置信號和選擇信號。由此，可以獲得環境光資訊。用於環境光感應的可用的門廊期間的數量在本發明中沒有限制。
用於環境光感應的門廊期間P的長度由應用處理器130決定。圖5B是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。圖5B中的幀期間F2中的門廊期間P(見位置501)的長度明顯長於圖5A中的幀期間F2中的門廊期間P的長度。在圖5A和圖5B所示的實施例中，每個幀期間中的門廊期間P被配置為環境光感應。然而，在其他實施例中，環境光感測也可以在每N個幀期間中的M個門廊期間P（無論是否連續）中週期性地執行。
圖6是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。參照圖6，在背光關閉的空閒模式（這意味著應用處理器130可以進入省電模式，並且顯示驅動電路122也可以進入省電模式）中，觸控感測電路1221處於活動狀態，但是顯示驅動電路1222沒有活動。與背光開啟的正常顯示模式相比，在空閒期間執行的觸控感應的頻率可能會降低。在本實施例中，除觸控感應期間TP之外的任何時期都可以做為環境光感應期間LS。在本實施例中，TDDI電路122向光學感測電路121輸出信號FPR_EN，以通知光學感測電路121可以執行環境光感應的時期。基於信號FPR_EN，光學感測電路121提供關於不同感測區的啟動脈衝信號和一或多個時鐘信號給觸控顯示面板110上的GOA電路，以便GOA電路為包括重置、曝光和讀出操作的環境光感測期間產生重置信號和選擇信號。由此，可以獲得環境光資訊。儘管信號FPR_EN在圖6中沒有標記，但如前所述，環境光感應週期間LS的起點和長度可由應用處理器130確定，並可由應用處理器130通知TDDI電路122以產生信號FPR_EN。
圖7A和圖7B分別是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應、指紋感應和環境光感應的時序圖。同樣地，信號FPR_EN在圖7A和圖7B中沒有標記。同時參考圖7A和圖7B，在正常顯示模式期間，應用處理器130可以在指紋識別之前向光學感應電路121發送喚醒指令。另外，應用處理器130可以向TDDI電路122發送跳幀指令，使TDDI電路122進入跳幀模式。在本實施例中，在跳幀模式中的跳過期間(例如，其長度相當於兩個幀期)期間執行指紋感應。在本實施例中，在指紋感應之前，在一個或多個幀期間(例如，幀期間F2和F3)的一個或多個觸控感應期間TP被佔用(這意味著觸控感應被禁用)以感應環境光。在圖7A中，環境光感應是在每個幀期間F2和F3中的環境光感應期間LS中執行的。在圖7B中，環境光感應只在F2幀期間的環境光感應期間LS中執行，這比指紋感應早了兩個幀期間。通過光學感測電路121報告的環境光資訊，應用處理器130預先知道手持電子設備100是處於較亮的環境還是較暗的環境。因此，應用處理器130可以在隨後的指紋感測階段確定指紋感測器的曝光期間的長度。在存在多個環境光感應期間LS的情況下(如圖7A所示)，應用處理器130還可以對在多個環境光感應期間LS期間檢測到的環境光資訊進行計算，以確定指紋感測器的曝光期的長度。在一個實施例中，環境光資訊也可以做為調整觸控顯示面板110的背光亮度等級的基礎。
詳細地說，光學感測電路121在完成讀出操作後報告環境光資訊（無論在空閒模式還是正常顯示模式下獲得）。這樣，手持電子設備100就能提前知道環境光線是強還是弱，然後動態地確定指紋感測週期的適當曝光期長度。如果環境光很強，可以設置一個較短的曝光期間，以避免獲得曝光過度的指紋圖像。如果環境光是很弱，可以設置較長的曝光期間，以避免獲得不足以識別的指紋圖像。
圖8是顯示根據本發明一實施例的觸控顯示面板的感測像素陣列的感測區的示意圖。參照圖8，感測像素陣列沿掃描方向D1如從上到下被分為七個感測區111_1至111_7。每個感測區包括多個指紋感測像素列。AGO[1]至AGO[7]代表從光學感測電路121到觸控顯示面板上的GOA電路提供的控制信號，於與感測區域相對應。AGO[1]至AGO[7]中的每個控制信號被配置為同時重置或讀出各自感測區的所有指紋感測像素列。在本實施例中，只有其中一個感應區，例如感應區111_2，被配置用作環境光檢測。通過控制台上的GOA電路，在指紋感測期間，感應區111_2的所有指紋感測像素列同時被打開（即重置和讀出）。換句話說，在同一時間對感應區111_2的指紋感測像素列進行重置操作，然後在同一時間對感應區111_2的指紋感測像素列進行讀出操作。在這種情況下，通過感測線讀回的環境光感測信號是多個指紋感測像素列的環境光感測信號的匯總結果。環境光資訊可以通過對讀回的環境光感應信號進行平均亮度計算來獲得。
圖9A是根據本發明的圖8的實施例的感測像素陣列的多個感測區的環境光感測的時序圖。圖9A中的STV[1]至STV[7]分別代表由光學感測電路121提供給GOA電路的啟動脈衝信號，對應於第一感測區111_1至第七感測區111_7。控制信號AGOR[1]至AGOR[7]中的每個控制信號被配置為同時重置各自感應區的所有指紋感測像素列。控制信號AGOS[1]至AGOS[7]中的每個控制信號被配置為同時讀出各自感應區的所有指紋感測像素列。這意味著不同指紋感測像素列的不同光學感測信號可以同時通過感測線讀出，而不是依次讀出。Rest[1]至Rest[Y]代表由GOA電路產生的重置信號，並提供給感應區111_2的Y個指紋感測像素列。Sel[1]至Sel[Y]代表由GOA電路產生的選擇信號，並提供給感應區111_2的Y指紋感測像素列。由於只有感應區111_2用於環境光感應，所以只有啟動脈衝信號STV[2]有活動的啟動脈衝，只有控制信號AGOR[2]和控制信號AGOS[2]有活動脈衝。啟動脈衝信號STV[1]和STV[3]至STV[7]沒有活動脈衝。控制信號AGOR[1]和AGOR[3]~AGOR[7]，控制信號AGOS[1]和AGOS[3]~AGOS[7]沒有活動脈衝。通過控制信號AGOR[2]在幀期間F_N的環境感應期的有效脈衝，相對於感應區111_2的Rest[1]至Rest[Y]同時被拉到高電平（有效電平）。這樣，在環境光感應期，感應區111_2的所有指紋感測像素列同時被重置。接下來，通過控制信號AGOS[2]的有效脈衝，在一個幀期間F_N+k的環境感應期，其中k可以是1或大於1的任何整數，相對於感應區111_2的Sel[1]到Sel[Y]同時被拉到高電平（有效電平）。這樣，感應區111_2的所有指紋感測像素列在同一時間被讀取出來。Vout代表從感測線獲得的輸出電壓（即感測信號）。可以看到，為了執行環境光感測，由於曝光期間長而需要多個幀期間（自幀期間F_N至幀期間F_N+k）。以K等於1為例來說，需要兩個幀期間意味著曝光期間的結束是在第二個幀期間內，而不意味著曝光期間完全佔用兩個幀期間。
儘管如此，本發明內容不限於此。在其他實施例中，任何數量和任何位置的指紋感測像素列可以被設置為同時打開（即重置和讀出）。例如，第二感測區111_2和第五感測區111_5的指紋感測像素列可以同時打開。或者，第二感測區111_2、第四感測區111_4和第六感測區111_6的指紋感測像素列可以同時打開。此外，在本發明中，在一個幀期間內用於環境光感應的環境光感應期間LS的數量不受限制。然而，至少需要一個環境光感測期間LS。
圖9B是根據本發明一實施例的感測像素陣列的多個感測區的環境光感測的時序圖。圖9B同樣是進一步描述圖8所示的實施方案。兩者之間的區別僅在於，在圖9B中，曝光是在一個幀期間內完成的。參照圖9B，第二感測區111_2的指紋感測器需要較短的曝光期間TE，從而一個環境光感測週期可以僅在一個幀期間F_N內完成。
圖10是顯示根據本發明一實施例的GOA電路的示意性框圖。參照圖10，觸控顯示面板110被提供有感測像素陣列111和GOA電路。其中，設置在感測像素陣列111左側的GOA電路112代表多個類似電路中的一個，用於生成與一個感測區有關的重置信號。在感測像素陣列111的右側也有多個電路，其中每個電路都與GOA電路112類似，用於產生與一個感測區有關的選擇信號。GOA電路112包括多個移位暫存器電路。例如，GOA電路112根據啟動脈衝信號STV[2]、重置控制信號AGOR[2]、啟用從上到下方向的第一移位方向控制信號U2D和啟用從下到上方向的第二移位方向控制信號D2U，向圖10的第二感測區111_2的感測像素列輸出多個重置信號，包括SR[n-1]、SR[n]、SR[n+1]等。這兩個移位方向控制信號由光感應電路121提供，並被配置為控制GOA電路112的移位暫存器電路依次輸出向下或向上的有效脈衝。為了執行環境光感應，重置信號SR[n-1]、SR[n]、SR[n+1]和所有其他與感應區111_2有關的重置信號被重置控制信號AGOR[2]同時拉高(即，拉至有效電平)，這樣就可以實現像圖9A或圖9B那樣的重置操作時機。重置信號Rest可用於重置相對應於於第二感應區111_2的GOA電路112。
為了防止指紋感測器之間的性能退化不一致，可以改變不同環境光感測週期中使用的感測區的位置，例如圖11A和圖11B中所示的例子。圖11A和圖11B分別是一個示意圖，顯示了根據本發明一實施例的多個光感測週期和相應的感測區的關係。一個感測像素陣列可按水平方向和垂直方向劃分為多個感測區。Scan1至ScanN表示按循序執行的多個感光週期（或所述掃描週期），Scan1至ScanN中的每一個都分別在相應的感測區的位置上被標記。在圖11A的例子中，光學感測電路121可以在第一幀期間內啟動第一光感測週期SCAN1以產生第一環境光資訊，並在第二幀期間（不同於第一幀期間）啟動第二光學感測週期SCAN2以產生第二環境光資訊，依此類推。由於感測像素陣列不僅沿垂直方向而且沿水平方向劃分，因此光學感測電路121可以從不同的感測線組接收感測信號，用於不同的環境光感測週期。在圖11A的例子中，感測區從左到右和從上到下使用。感測區可以完全不同或部分不同。圖11B說明了在每個環境光感測週期中使用的感測區的位置以不同方式變化。各列感測區從上到下交錯使用，這意味著奇數列的感測區從上到下依次使用，然後偶數列的感測區從上到下依次使用，關於每一列（無論奇數還是偶數）的感測區，在每個環境光感應週期中使用的感測區的位置從左到右變化。在每個各自的光感測週期中使用的感測區的位置可以按順序或隨機地改變。
圖12A和圖12B各自是顯示根據本發明一實施例的多個光感測週期和相應的感測區的關係的示意圖。在圖12A和圖12B的例子中，在每個光感測週期中，在水平方向上使用三個感測區。Scan1到ScanN表示按循序執行的多個感光週期(或稱掃描週期)，Scan1到ScanN中的每一個都分別在相應的感測區的位置上被標記。參照圖12A，每個環境光感測週期中使用的感測區的位置從上到下變化。參照圖12B，在每個環境光感測週期中使用的感測區的位置從上到下交錯變化，這意味著奇數感測區從上到下依次使用，然後偶數感測區從上到下依次使用。在每個各自的光感測週期中使用的感測區的位置可以按順序改變，也可以隨機地改變。
圖13是顯示根據本發明一實施例的感測像素陣列的多個區域的環境光感測的示意圖。參照圖13，每個感測區111_1至111_7包括Y個指紋感測像素列(Y為正整數)，每個感測區的一部分指紋感測像素列用於環境光感測。在本實施方案中，每個感應區的指紋感測像素列中只有第1列至第3列用於環境光感應，並可設計為依次或同時開啟。對於光學感測電路121的每個指紋感測通道，在一個讀出期間獲得的感測信號可以包括多個指紋感測像素列的感測結果之匯總。光學感測電路121可以對讀回的感測信號進行平均亮度計算以獲得環境光資訊。
圖14A是根據本發明一實施例的環境光感應的時序圖。圖14A是進一步描述圖13所示的實施例，其中，通過啟動脈衝信號STV[1]至STV[7]，其中每個啟動脈衝信號具有有效脈衝，每個感應區的第一列指紋感測像素列同時被打開。重置信號Rest[1]至Rest[3]具有有效脈衝，這樣每個感應區的第1至3列指紋感測像素列被依次重置。重置信號Rest[4]至Rest[Y]沒有活動脈衝。選擇信號Sel[1]至Sel[3]具有有效脈衝，使每個感應區的第1至第3列指紋感測像素被依次讀出。選擇信號Sel[4]至Sel[Y]沒有活動脈衝。如圖所示，環境光感應所需的曝光期間很長，以至於讀出操作不能在執行重置操作的同一時間段內完成。圖14B是根據本發明一實施例的環境光感應的時序圖。圖14B也是進一步描述圖13中所示的實施例。與圖14A相比，在圖14B中，環境光感測所需的曝光期間很短，以便在一個幀期間F1中完成環境光感測週期的重置操作和讀出操作。
此外，"快速跳過"功能可進一步集成到圖13所示的實施例中。快速跳過"的作用是快速掃描未使用的感測像素列。圖15是根據本發明一實施例執行"快速跳過"的示意波形圖。參照圖15，在啟動脈衝信號STV[X]被拉起後，對感應像素列進行掃描。在一個實施方案中，X是一個正整數，1≤X≤7。可以看到，掃描間隔SC1和SC3中的時鐘信號CLK的每個脈衝的寬度被減小，這樣可以快速掃描未使用的感測像素列。在掃描區間SC2中，時鐘信號CLK的每個脈衝的寬度保持正常，這樣就可以正常掃描使用過的感應像素列。此外，在同一感測區中掃描的指紋感測像素列可以在每次都變得不同（或不完全相同），以防長期和固定位置的檢測導致其中的指紋感測像素和其他區域之間的性能下降的過度差異。
圖16是根據本發明一實施例的集成驅動裝置的操作方法的流程圖。一起參考圖1和圖16，該集成驅動設備至少包括光學感測電路121和觸控感測電路1221。在步驟S110中，觸控感測電路1221在第一幀期間的多個觸控感應期中執行觸控感應。在步驟S120中，光學感測電路121在第一幀期間的至少一個光學感測期中執行光學感測，以獲得用於生成第一環境光資訊的光學感測信號。觸控感測期和光學感測期是不重疊的。
就硬體而言，應用處理器130、光學感測電路121、觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222的塊可以是在積體電路上實現的邏輯電路。應用處理器130、光學感測電路121、觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222的相關功能可以通過利用硬體描述語言（例如，VerilogHDL或VHDL）或其他適當的程式設計語言以硬體形式實現。例如，應用處理器130、光學感測電路121、觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222的相關功能可以在一個或多個控制器、微控制器、微處理器、特定應用積體電路、（ASIC）、數位訊號處理器（DSP）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）和/或其他處理單元的各種邏輯塊、模組和電路中實施。
就軟體和/或韌體而言，應用處理器130、光學感測電路121、觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222的相關功能可以做為程式設計代碼實現。例如，應用處理器130、光學感測電路121、觸控感測電路1221和顯示驅動電路1222可以通過利用一般程式設計語言(例如C、C++或組合語言)或其他適當的程式設計語言來實現。程式設計代碼可以記錄/存儲在記錄介質中，記錄介質包括例如唯讀記憶體（ROM）、存放裝置和/或隨機存取記憶體（RAM）。電腦、中央處理單元（CPU）、控制器、微控制器或微處理器可以從記錄介質中讀取並執行程式設計代碼，以實現相關功能。一個"非臨時性電腦可讀介質"，如磁帶、磁片、卡、半導體記憶體、可程式設計邏輯電路等，可以做為記錄介質。此外，程式也可以通過任何傳輸介質（通信網路、廣播無線電波等）提供給電腦（或CPU）。該通信網路例如是互聯網、有線通信、無線通訊或其他通信介質。
綜上所述，本發明的屏下指紋感測器可被配置為不僅執行指紋感測，而且執行環境光感測（通稱為光學感測）。此外，手持電子設備的螢幕的背光亮度可以根據感應到的環境光資訊動態調整。此外，隨後的指紋識別的曝光期間的長度可以根據感應到的環境光資訊動態調整。通過這種方式，不需要在手持電子設備中設置獨立的環境光感測器，並且可以根據所感知的環境光資訊來執行各種應用。
對於本領域的技術人員來說，顯然可以在不脫離本發明的範圍或精神的情況下對所公開的實施例進行各種修改和變化。鑒於上述情況，本發明旨在涵蓋修改和變化，只要它們屬於以下請求項及其均等範圍。
100:手持電子設備 101~103:細虛線 110:觸控顯示面板 111:感測像素陣列 111_1~111_7:感測區 112:GOA電路 120:集成驅動晶片 121:光學感測電路 1221:觸控感測電路 1222:顯示驅動電路 130:應用處理器 401~404、501:位置 AGO[1]~AGO[7]、AGOS[1]~AGOS[7]、AGOR[1]~ AGOR[7]:控制信號 C:電容器 D1:掃描方向 DP:顯示驅動期間 F1~F4:幀 FC:指紋感測器 F_N、F_N+k:幀期間 FPR_EN:信號 I²C:積體電路匯流排 IRQ:插斷要求 LS:環境光感應期間 LP:光學感應期間 M1~M4:電晶體 MIPI:移動工業處理器介面 N1:節點 P:門廊期間 PD:光敏元件 Rest、Rest[1]~Rest[Y]:重置信號 Scan1~ScanN:感光週期 Sel、Sel[1]~Sel[Y]:選擇信號 SPI:串列外設介面 TE:曝光期間 TP:觸控感應期間 Vbias:偏置電壓 VDD:工作電壓 Vout:輸出電壓 Vref:參考電壓 SR[n-1]、SR[n]、SR[n+1]:重置信號 STV[1]~STV[7]:啟動脈衝信號 SYNC1:幀同步信號 SYNC2:觸控同步信號 U2D:控制信號
包括圖式以提供對本發明內容的進一步理解，並納入本說明書並構成其一部分。圖式說明了本發明的示範性實施方案，並且與說明書一起用於解釋本發明的原理。 圖1是顯示本發明的手持電子設備的系統的框圖。 圖2是部分地顯示本發明的感測像素陣列的電路的示意圖。 圖3是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和光學感應的時序圖。 圖4是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。 圖5A是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。 圖5B是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。 圖6是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應和環境光感應的時序圖。 圖7A和圖7B分別是根據本發明一實施例的顯示驅動、觸控感應、指紋感應和環境光感應的時序圖。 圖8是顯示根據本發明一實施例的觸控顯示面板的感測像素陣列的感測區的示意圖。 圖9A是根據本發明的圖8的實施例的感測像素陣列的多個感測區的環境光感測的時序圖。 圖9B是根據本發明一實施例的感測像素陣列的多個感測區的環境光感測的時序圖。 圖10是顯示根據本發明一實施例的GOA電路的示意性框圖。 圖11A和圖11B分別是一個示意圖，顯示了根據本發明一實施例的多個光感測週期和相應的感測區的關係。 圖12A和圖12B各自是顯示根據本發明一實施例的多個光感測週期和相應的感測區的關係的示意圖。 圖13是顯示根據本發明一實施例的感測像素陣列的多個區域的環境光感測的示意圖。 圖14A是根據本發明一實施例的環境光感應的時序圖。 圖14B是根據本發明一實施例的環境光感應的時序圖。 圖15是根據本發明一實施例執行"快速跳過"的示意波形圖。 圖16是根據本發明一實施例的集成驅動裝置的操作方法的流程圖。
130:應用處理器
1222:顯示驅動電路
1221:觸控感測電路
FPR_EN:信號
121:光學感測電路
IRQ:插斷要求
101~103:細虛線
DP:顯示驅動期間
TP:觸控感應期間
LP:光學感應期間

Claims (40)

  1. 一種集成驅動裝置，包括： 一觸控感測電路，被配置為在一第一幀期間的多個觸控感測期間中執行一觸控感應；以及 一光學感測電路，被配置為在所述第一幀期間的至少一個光學感測期間執行一光學感應，以獲得用於生成一第一環境光資訊的一光學感測信號， 其中，所述多個觸控感測期間和所述至少一個光學感測期間是不重疊的。
  2. 如請求項1所述的集成驅動裝置，進一步包括一顯示驅動電路，被配置為在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓，其中所述多個顯示期間、所述多個觸控感測期間和所述至少一個光學感測期間是不重疊的。
  3. 如請求項1所述的集成驅動裝置，進一步包括一顯示驅動電路，被配置為在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓，其中所述多個顯示期間和多個感應期間交替排列，並且其中所述多個觸控感測期間是所述多個感應期間的一部分，而所述至少一個光學感測期間是所述多個感應期間的另一部分。
  4. 如請求項1所述的集成驅動裝置，進一步包括一顯示驅動電路，被配置為在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓，並且在所述第一幀期間的一門廊期間不輸出資料電壓，並且其中所述至少一個光學感測期間及所述門廊期間重疊。
  5. 如請求項1所述的集成驅動裝置，進一步包括一顯示驅動電路，被配置為在所述第一幀期間停止輸出資料電壓。
  6. 如請求項1所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路能夠執行一指紋感測，並被配置為在所述第一幀期間不執行所述指紋感測。
  7. 如請求項1所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路進一步被配置為根據基於所述光學感測信號生成的所述第一環境光資訊在晚於所述第一幀期間的一第二幀期間內執行一指紋感測。
  8. 如請求項7所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路進一步被配置為根據所述第一環境光資訊確定所述指紋感測的一曝光期間的長度。
  9. 如請求項8所述的集成驅動裝置，其中所述曝光期間的長度與所述第一環境光資訊所指示的光強度成反比關係。
  10. 如請求項1所述的集成驅動裝置，其中所述集成驅動裝置被進一步配置為根據所述第一環境光資訊調整一背光亮度等級。
  11. 如請求項1所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路被配置為向一觸控顯示面板中的一控制電路輸出多個第一控制信號以及多個第二控制信號，並且其中所述多個第一控制信號中的每一個被用於控制何時去同時重置所述觸控顯示面板中一光學感測器陣列的一感測器區域的所有感測器列，以及所述多個第二控制信號中的每一個被用於控制何時去同時從所述感測器區域的所述所有感測器列讀出所述光學感測信號。
  12. 如請求項11所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路被配置為向所述觸控顯示面板中的所述控制電路輸出多個啟動脈衝信號。
  13. 如請求項11所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在晚於所述第一幀期間的一第二幀週期內完成所述光學感測週期。
  14. 如請求項11所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的所述光學感測週期，並在所述第一幀期間內完成所述光學感測週期。
  15. 如請求項11所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一第一光學感測週期，並在不同於所述第一幀期間的一第二幀期間內啟動用於生成一第二環境光資訊的一第二光學感測週期，並且其中所述第一光學感測週期以及所述第二光學感測週期相對於所述光學感測器陣列的不同感測器區域。
  16. 如請求項15所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路進一步被配置為通過所述觸控顯示面板中的一第一部分的一光學感測線接收在所述第一光學感測週期中產生的一第一數量的所述光學感測信號，並通過所述觸控顯示面板中的一第二部分的所述光學感測線接收在所述第二光學感測週期中產生的一第二數量的所述光學感測信號，並且其中所述第一部分的所述光學感測線和所述第二部分的所述光學感測線完全不同或部分不同。
  17. 如請求項1所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路被配置為在所述第一幀期間向一觸控顯示面板中的一控制電路輸出與多個感測區域相對應的多個啟動脈衝信號，其中所述多個啟動脈衝信號同時被拉到一啟動狀態，並且其中所述控制電路根據所述多個啟動脈衝信號中的每一個，產生用於依次重置一感測器區域的多個感測器列的一第一部分的多個第一控制信號，以及用於依次從所述感測器區域的所述感測器列的所述第一部分讀出所述光學感測信號的多個第二控制信號。
  18. 如請求項17所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在晚於所述第一幀期間的一第二幀期間內完成所述光學感測週期。
  19. 如請求項17所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在所述第一幀期間內完成所述光學感測週期。
  20. 如請求項17所述的集成驅動裝置，其中所述光學感測電路在所述第一幀期間中啟動用於生成所述第一環境光資訊的一第一光學感測週期，並在不同於所述第一幀期間的一第二幀週期中啟動用於生成一第二環境光資訊的一第二光學感測週期，並且其中所述第一光學感測週期以及所述第二光學感測週期相對於所述觸控顯示面板中所述光學感測器陣列的不同感測器列。
  21. 一種集成驅動裝置的操作方法，其中所述集成驅動裝置包括一觸控感測電路以及一光學感測電路，並且所述操作方法包括： 由所述觸控感測電路在一第一幀期間的多個觸控感測期間中執行一觸控感應；以及 由所述光學感測電路在所述第一幀期間的至少一個光學感測期間執行一光學感應，以獲得用於生成一第一環境光資訊的一光學感測信號， 其中，所述多個觸控感測期間和所述至少一個光學感測期間是不重疊的。
  22. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，其中所述集成驅動裝置進一步包括一顯示驅動電路，而所述操作方法進一步包括： 由所述顯示驅動電路在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓， 其中所述多個顯示期間、所述多個觸控感測期間和所述至少一個光學感測期間是不重疊的。
  23. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，其中所述集成驅動裝置進一步包括一顯示驅動電路，所述操作方法進一步包括： 由所述顯示驅動電路在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓， 其中所述多個顯示期間和多個感應期間交替排列，並且其中所述多個觸控感測期間是所述多個感應期間的一部分，而所述至少一個光學感測期間是所述多個感應期間的另一部分。
  24. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，所述集成驅動裝進一步包括一顯示驅動電路，以及所述操作方法進一步包括： 由所述顯示驅動電路在所述第一幀期間的多個顯示期間中輸出資料電壓，並且在所述第一幀期間的一門廊期間不輸出資料電壓， 其中所述至少一個光學感測期間及所述門廊期間重疊。
  25. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，其中所述集成驅動裝置進一步包括一顯示驅動電路，並且所述操作方法進一步包： 由所述顯示驅動電路在所述第一幀期間停止輸出資料電壓。
  26. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，其中所述光學感測電路能夠執行一指紋感測，並被配置為在所述第一幀期間不執行所述指紋感測。
  27. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路根據基於所述光學感測信號生成的所述第一環境光資訊，在晚於所述第一幀期間的一第二幀期間內執行一指紋感測。
  28. 如請求項27所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 其中所述光學感測電路根據所述第一環境光資訊以確定所述指紋感測的一曝光期間的長度。
  29. 如請求項28所述的集成驅動裝置的操作方法，其中所述曝光期間的長度與所述第一環境光資訊所指示的光強度成反比關係。
  30. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述集成驅動裝置根據所述第一環境光資訊調整一背光亮度等級。
  31. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 通過所述光學感測電路向一觸控顯示面板中的一控制電路輸出多個第一控制信號以及多個第二控制信號， 其中所述多個第一控制信號中的每一個被用於控制何時去同時重置所述觸控顯示面板中一光學感測器陣列的一感測器區域的所有感測器列，以及所述多個第二控制信號中的每一個被用於控制何時去同時從所述感測器區域的所述所有感測器列讀出所述光學感測信號。
  32. 如請求項31所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路向所述觸控顯示面板中的所述控制電路輸出多個啟動脈衝信號。
  33. 如請求項31所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 相對於所述感測器區域，由所述光學感測電路在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在晚於所述第一幀期間的一第二幀週期內完成所述光學感測週期。
  34. 如請求項31所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 相對於所述感測器區域，由所述光學感測電路在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的所述光學感測週期，並在所述第一幀期間內完成所述光學感測週期。
  35. 如請求項31所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一第一光學感測週期，並在不同於所述第一幀期間的一第二幀期間內啟動用於生成一第二環境光資訊的一第二光學感測週期，並且其中所述第一光學感測週期以及所述第二光學感測週期相對於所述光學感測器陣列的不同感測器區域。
  36. 如請求項35所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路通過所述觸控顯示面板中的一第一部分的一光學感測線接收在所述第一光學感測週期中產生的一第一數量的所述光學感測信號，並通過所述觸控顯示面板中的一第二部分的所述光學感測線接收在所述第二光學感測週期中產生的一第二數量的所述光學感測信號， 其中所述第一部分的所述光學感測線和所述第二部分的所述光學感測線完全不同或部分不同。
  37. 如請求項21所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路在所述第一幀期間向一觸控顯示面板中的一控制電路輸出與多個感測區域相對應的多個啟動脈衝信號，其中所述多個啟動脈衝信號同時被拉到一啟動狀態；以及 由所述控制電路根據所述多個啟動脈衝信號中的每一個，產生用於依次重置一感測器區域的多個感測器列的一第一部分的多個第一控制信號，以及用於依次從所述感測器區域的所述感測器列的所述第一部分讀出所述光學感測信號的多個第二控制信號。
  38. 如請求項37所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在晚於所述第一幀期間的一第二幀期間內完成所述光學感測週期。
  39. 如請求項37所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路相對於所述感測器區域，在所述第一幀期間內啟動用於生成所述第一環境光資訊的一光學感測週期，並在所述第一幀期間內完成所述光學感測週期。
  40. 如請求項37所述的集成驅動裝置的操作方法，進一步包括： 由所述光學感測電路在所述第一幀期間中啟動用於生成所述第一環境光資訊的一第一光學感測週期，並在不同於所述第一幀期間的一第二幀週期中啟動用於生成一第二環境光資訊的一第二光學感測週期， 其中所述第一光學感測週期以及所述第二光學感測週期相對於所述觸控顯示面板中所述光學感測器陣列的不同感測器列。
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